[发明专利]一种石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池及其制备方法

权利要求书

1.一种石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，主体结构包括石墨烯/氯化亚铜阴极和加惰镁合金+单质镁阳极；石墨烯/氯化亚铜阴极的两侧均设置有加惰镁合金+单质镁阳极；加惰镁合金+单质镁阳极的主体结构包括镁合金本体、阳极接线柱、单质镁镀层、水溶胶层、阳极反应体；镁合金本体的顶部设置有阳极接线柱，镁合金本体的外侧设置有单质镁镀层，单质镁镀层的外侧设置有水溶胶层，镁合金本体和单质镁镀层共同配合构成阳极反应体；加惰镁合金＋单质镁阳极的电位为-2.4V，是失电子的氧化反应体，阳极接线柱的材质为紫铜，是加惰镁合金＋单质镁阳极的集流体。

2.根据权利要求1所述的石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，石墨烯/氯化亚铜阴极的主体结构包括阴极反应体、电极芯和阴极接线柱；阴极反应体的内部中心设置有电极芯，电极芯延伸至阴极反应体外部的部分为阴极接线柱；石墨烯/氯化亚铜阴极的电位为+3.7V，具有释放氯离子、催化还原和导出电子的功能，阴极接线柱的材质为紫铜，是石墨烯/氯化亚铜阴极的集流体，其延长段伸入阴极反应体的中心部位构成电极芯，通过电极芯增加与阴极反应体的接触面积，有效提高载流子的迁移效率；石墨烯/氯化亚铜阴极的装备方法如下：将水剂石墨烯导电浆料，氯化亚铜粉末和偶联剂按照重量比100:96.5:0.5混合后置于反应釜内在常温下搅拌，得到石墨烯/氯化亚铜膏状共混物；将石墨烯/氯化亚铜膏状共混物装入模具,形成阴极反应体，在阴极反应体的中心位置植入电极芯，电极芯伸出阴极反应体的延长部分作为阴极接线柱，得到石墨烯/氯化亚铜阴极雏形；将石墨烯/氯化亚铜阴极雏形置于压力机上施加压力使其成型，自然晾干去除水分。

3.根据权利要求1所述的石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，加惰镁合金＋单质镁阳极的制备方法如下：按照设计功率和供电时长选择尺寸，将AZ31加惰镁合金型材切割制成镁合金本体，在镁合金本体的上端中部铆焊阳极接线柱，采用真空磁控溅射镀膜技术，在镁合金本体的外层表面溅射喷镀单质镁镀层，得到阳极反应体，在单质镁镀层的表面涂布水溶胶层。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，主体结构还包括壳体、顶盖板、底盖板、进水孔、上盖板、导线腔、电极腔、透水隔膜、支撑脚、接线柱孔、导线孔、排气孔、阴极导线和阳极导线；壳体的顶部设置有顶盖板，壳体的底部设置有底盖板，底盖板开设有进水孔，壳体的内部由上盖板分割成上部的导线腔和下部的电极腔，电极腔的中心设置有石墨烯/氯化亚铜阴极，石墨烯/氯化亚铜阴极的左右两侧均设置有加惰镁合金+单质镁阳极，石墨烯/氯化亚铜阴极与加惰镁合金+单质镁阳极之间设置有透水隔膜，透水隔膜的位置与进水孔的位置相对应，壳体和底盖板与石墨烯/氯化亚铜阴极和加惰镁合金+单质镁阳极之间设置有固定用的支撑脚，上盖板开设有接线柱孔，导线腔的侧部开设有导线孔，电极腔的顶部开设有排气孔，阴极导线与石墨烯/氯化亚铜阴极连接后穿过导线孔延伸至壳体的外部，阳极导线与加惰镁合金+单质镁阳极连接后穿过导线孔延伸至壳体的外部。

5.根据权利要求4所述的石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，壳体的材质为聚丙乙烯；顶盖板、底盖板和上盖板为工艺盖；透水隔膜为絮状纤维制成的柔性体，用以支撑石墨烯/氯化亚铜阴极与加惰镁合金+单质镁阳极之间的间距，并作为保证电解液稳定的载体。

6.根据权利要求4所述的石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，组装时：将石墨烯/氯化亚铜阴极装入电极腔的中心位置，在石墨烯/氯化亚铜阴极的左右两侧分别安装透水隔膜，在透水隔膜外侧分别安装加惰镁合金+单质镁阳极；通过锡焊将阴极导线与石墨烯/氯化亚铜阴极连接，阴极导线经导线腔引出壳体作为输出正极；通过锡焊将阳极导线与并联的两个加惰镁合金+单质镁阳极连接，阳极导线经导线腔引出壳体作为输出负极；采用凝胶封闭阴极导线和阳极导线穿越导线孔的间隙；胶合封闭顶盖板、底盖板和上盖板，采用水溶胶膜封闭进水孔和排气孔。

7.根据权利要求4所述的石墨烯/氯化亚铜-镁泛水电池，其特征在于，浸入水中后，进水孔和排气孔的水溶胶膜1min内自动脱落，水通过进水孔进入电极腔，电极腔内的空气通过排气孔排出，水进入电极腔后3-5s，泛水电池被激活；加惰镁合金＋单质镁阳极外层的单质镁最先参与反应，极活泼的单质镁加大了阳极初始失电子量和氧化反应速率，泛水电池激活4-6min后，电压达到峰值，60-70min后，加惰镁合金参与后续反应。